Page 35 - 《华农农业大学学报》2020年第4期
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第 ３９ 卷 第 ４ 期                     华   中   农   业   大   学   学   报                      Vol．３９ No．４
               ２０２０ 年  ７ 月                  JournalofHuazhon gA g riculturalUniversit y        Jul y２０２０ , ２９~３７


               崔智强, 谢丽萍, 李友国, 等 ． 蒺藜苜蓿紫色酸性磷酸酶 MtPAP３ 基因 在共生固氮中的功能[ J ] ． 华中农业大学学报, ２０２０ , ３９ ( ４ ): ２９Ｇ３７．
               DOI : １０．１３３００ / j ．cnki．hnlkxb．２０２０．０４．００５

               蒺藜苜蓿紫色酸性磷酸酶 MtPAP3 基因在共生固氮中的功能


                                             崔智强, 谢丽萍, 李友国, 林会



                                农业微生物学国家重点实验室 / 华中农业大学生命科学技术学院, 武汉 ４３００７０

                       摘要   利用 启 动 子 组 织 表 达 定 位、 超 表 达 及 CRISPR / Cas９ 基 因 敲 除 等 方 法 对 蒺 藜 苜 蓿 酸 性 磷 酸 酶
                   MtPAP３ 基因的功能进行研究.结果显示: MtPAP３ 在蒺藜苜蓿根和根瘤的维管束组织以及根瘤的分生区和侵
                   染区中表达, 在低磷胁迫和根瘤中均表现为特异性诱导后的高效表达; 超表达 MtPAP３ 能够显著提高蒺藜苜蓿
                   的结瘤数及根瘤固氮酶活, 敲除 MtPAP３ 基因能显著抑制根瘤的发育及固氮酶活.结果表明: MtPAP３ 参与低
                   磷胁迫条件下根瘤中的磷代谢及共生固氮过程.
                       关键词   根瘤菌;蒺藜苜蓿;酸性磷酸酶;低磷胁迫;共生固氮
                       中图分类号  S１８２ ; Q７８   文献标识码  A   文章编号  １０００Ｇ２４２１ ( ２０２０ ) ０４Ｇ００２９Ｇ０９

                  氮和磷是植物生长所必需的重要元素, 它们直                        态的分子机制研究却少有报道.
               接或间接地参与植物多种生理和生化过程, 在植物                              本研究基于蒺藜苜蓿表达谱数据, 发现 PAP 家
               生长和发育过程中发挥着重要作用                 [ １ ] .植物的许多    族中的 MtPAP３ 基因不仅在低磷胁迫的根中诱导
               新陈代谢活动如能量产生、 核酸生成、 光合作用、 呼                      表达, 在低磷胁迫下根瘤中的表达量也显著增加, 表
               吸作用、 糖酵解过程、 生物膜合成与组装、 氧化还原                      明该基因可能参与共生固氮中的磷代谢.为了进一
               反应等都离不开氮和磷            [ ２ ] .农业耕地中氮、 磷较低        步确定 MtPAP３ 在共生固氮中的功能, 采用启动子
               的 利 用 率 已 成 为 限 制 作 物 生 长 和 产 量 的 主 要           组织表达 定 位、 基 因 超 表 达 和 CRISPR / Cas９ 基 因
               因素  [ ３ ] .                                     敲除等方法分析转基因植株的共生表型, 旨在探索
                   豆科植物的根瘤是一个富含磷的植株组织, 且                       该基因在蒺藜苜蓿根瘤磷代谢中的功能, 同时也为
               根瘤中的磷含量是根和叶中磷含量的 ３ 倍多, 表明                       培育适应低磷土壤环境的豆科作物育种提供新的理
               植物各组织中的磷优先供给根瘤                [ ４Ｇ６ ] .当豆科植物    论依据.
               生长所需磷源供给不足时, 体内的磷储备优先供给                         1 材料与方法
               根瘤, 以保证根瘤中共生固氮所需磷含量不受太大
               的影响   [ ７Ｇ８ ] .低磷条件下, 许多参与有机磷化物循环               1.1  材   料

               利用的基因大量表达, 其中酸性磷酸酶是维持根瘤                              蒺藜苜蓿( Medica g otruncatula ) A１７ 、 发根农
               内磷平 衡 最 重 要 的 成 员     [ ９Ｇ１１ ] .分 泌 型 的 酸 性 磷 酸  杆菌 A g robacteriumrhizo g enes MSU４４０ 、 苜 蓿 中
               酶, 可被分泌到根外, 分解土壤中不能被植物吸收利                       华根瘤菌 Sinorhizobium meliloti１０２１ 均来自华中
               用的有机磷      [ １２ ] ; 而定位于细胞内的酸性磷酸酶, 可            农业大学农业微生物学国家重点实验室生物固氮研
               能参与细胞内磷的生理平衡, 尤其在细胞内有机磷                         究室; 启动子组织化学定位载体 DX２１８GＧmCherr y               、
               化物的分解和重吸收中发挥着关键作用                   [ １３Ｇ１４ ] .尽管  超表达载体 p L j U６ＧsGFP 、 CRISPR 载体 p Bluescri p tＧ
               响应磷饥饿信号相关的植物基因已经得 到广泛研                          L j U６和 p CAMBIA１３００ＧsGFPＧCas９ 来自华中农业大
               究  [ １５Ｇ１８ ] , 但是维持低磷胁迫下豆科植物根瘤中磷稳               学农业微生物学国家重点实验室曹扬荣教授课题组.

               收稿日期: ２０１９Ｇ１０Ｇ１６
               基金项目:国 家 重 点 研 发 计 划 项 目 ( ２０１８YFD０２０１００６ );国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 ( ３１６７０２４３ );华 中 农 业 大 学 科 技 创 新 基 金 项 目
                       ( ２６６２０１７PY０５２ , ２６６２０１７PY１２１ )
               崔智强, 硕士研究生 ． 研究方向: 生物固氮与菌植互作 ．EＧmail : ５４０２４５７６４＠ qq ．com
               通信作者: 李友国, 博士, 教授 ． 研究方向:生物固氮与菌植互作 ．EＧmail : y ou g uoli＠mail．hzau．edu．cn
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